Doar Bilant Materiale Si Bilantul Termic [PDF]

Zitiervorschau

CAPITOLUL V V. 1. BILANŢUL DE MATERIALE Obținerea iaurtului degresat, se face ȋn șarje. Calculǎm bilanțul de materiale pornind de la o cantitate de 7,5 tone de lapte recepționat. Cantitatea de lapte care se depozitează înainte de normalizare se calculează din ecuaţia de bilanţ pentru operaţiile de filtrare, răcire, depozitare, cunoscându-se cantitatea de lapte integral. Se considerǎ pe baza informațiilor din procesul tehnologic cǎ pierderile (raportate la cantitatea de lapte recepționatǎ) la aceste operaţii ar fi urmǎtoarele prezentate ȋn Tabelul 1. Tabel 1. Pierderi (p)

%

Recepţie

0,05

Filtrare

0,05

Prerăcire

0,05

Răcire

0,05

Depozitare

0,05

Curăţire

0,25

Normalizare

0,25

Pasteurizare

1,5

Ȋnsămânţarea

0,1

Termostatare

0,1

Omogenizare

0,6

Ambalare

0,5

Pe baza schemei tehnologice de obținere a iaurtului degresat calculǎm bilanțul de materiale dupǎ cum urmeazǎ:

LI

Recepţia cantitativă şi calitativă

LRP

P1 Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: LI = LRP +P1

(V.1)

LRP =LI – P1 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: LRP =LI ∙ (1 - p1/100) = 7500 ∙ (1 - 0.05/100) = 7496,25 kg/șarjǎ LRP = 7496,25 kg/șarjǎ Unde: LI – cantitatea de lapte integral, kg; LRP – cantitatea de lapte recepţionat, kg; P1 – pierderile la recepţie, %. LRP

LF

Filtrare laptelui P2

Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: LRP = LF +P2

(V.2)

LF =LRP– P2 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: LF =LRP ∙ (1 – p2/100) =7496,25 ∙ (1 - 0.05/100) = 7492,5 kg/șarjǎ LF = 7492,5 kg/șarjǎ Unde: LF – cantitatea de lapte filtrat, kg; LRP – cantitatea de lapte recepţionat, kg; P2 – pierderile la filtrare, %. LF

LR

Răcirea laptelui P3

Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: LF = LR +P2

(V.3)

LR =LF– P3 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: LR =LF ∙ (1 – p3/100) = 7492,5 ∙ (1 - 0.05/100) = 7488,75 kg/șarjǎ LR = 7488,75 kg/șarjǎ Unde: LF – cantitatea de lapte filtrat, kg;

LR– cantitatea de lapte răcit, kg; P3 – pierderile la răcire, %.

Curăţirea laptelui

LR

LC

P4

Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: LR = LC +P2

(V.4)

LC =LR– P3 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: LC =LR ∙ (1 – p4/100) = 7488,75 ∙ (1 - 0.05/100) = 7470,02 kg/șarjǎ LC = 7470,02 kg/șarjǎ Unde: LC – cantitatea de lapte curăţat, kg; LR– cantitatea de lapte răcit, kg; P4 – pierderile la curăţare, %.

LC

LN

Normalizarea laptelui

S

P5 Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: LC = LN + S + P5

(V.5)

LC = LN + S +P5 ∙ LC LC ∙ GC = LN ∙GN + S ∙GS + LC ∙GC ∙P5/100 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: LN = 7470.02(1 – 0,25/100)(30 – 3,0)/(30 -0,5) = 6844,25 kg/șarjǎ LN = 6844,25 kg/șarjǎ Unde: LC – cantitatea de lapte curăţat, kg; LN – cantitatea de lapte normalizat, kg;

S – cantitatea de smântână cu 30% grăsime, kg; P5 – pierderile la normalizare, %; GC – conţinutul de grăsime din laptele curăţit, 3,3%; GS– conţinutul de grăsime din smântână, 30%; GN – conţinutul de grăsime din laptele normalizat, 0,5%.

LN

LO

Omogenizarea laptelui

ST P6 Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: LN + ST= LO + P6

(V.6)

LO =LN + ST – P6 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: ST = %ST ∙ LN = 0.4/100 ∙ 6844,25 = 27,37 kg/șarjǎ LO =LN ∙ (1 – p6/100) + ST = 6844,25 ∙ (1 - 0.6/100) + 27,37 = 6857,94kg/șarjǎ LO = 6857,94 kg/șarjǎ Unde: LO – cantitatea de lapte omogenizat, kg; LN– cantitatea de lapte normalizat, kg; P6 – pierderile la omogenizare, %. ST – cantitatea de stabilizator, kg.

LO

Pasteurizarea laptelui

LP

P7 Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: LO = LP + P7 LP = LO – P7 LP = LO ∙ (1 – p7/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: LP = 6857,9 ∙ (1 – 1,5/100) = 6755,03 kg/șarjǎ LP = 6755,03 kg/șarjǎ

(V.7)

Unde: LO – cantitatea de lapte omogenizat, kg; LP – cantitatea de lapte pasteurizat, kg; P7– pierderile la pasteurizare, % Răcirea laptelui

LP

LRC P8

Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: LP = LRC + P8

(V.8)

LRC = LP – P8 LRC = LP ∙ (1 – p8/100) LRC = 6755,03∙ (1 – 0,05/100) = 6751,65 kg/șarjǎ LRC = 6751,65 kg/șarjǎ Unde: LP – cantitatea de lapte pasteurizat, kg; LRC – cantitatea de lapte răcit, kg; P8– pierderile la răcire, %. Însămânţarea laptelui

LRC C.B

IIN P9

Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: LRC + C.B = IIN + P9 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: C.B= 1,5/100 ∙ 6751,65 = 101,27 kg/șarjǎ IIN = LRC + C.B – P9 Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: IIN = 6751,65 + 101,27 – (0.1/100 ∙ 6751,65 ) = IIN =6852,92 – 6,75165 = 6846,16 kg/șarjǎ IIN = 6846,16 kg/șarjǎ

(V.9)

Unde: LRC – cantitatea de lapte răcit, kg; IIN – cantitatea de iaurt, kg; C.B – cantitatea de cultură adăugată în laptele răcit pentru obţinerea iaurtului, kg; P9– pierderile la însămânţarea laptelui, %.

Termostatarea iaurtului

IIN

IT

P10 Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia IIN = IT + P10

(V.10)

IT = IIN – P10 IT = IIN ∙ (1 – P10/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: IT = 6846,16∙ (1 – 0,1/100) = 6840,31 kg/șarjǎ IT = 6840,31 kg/șarjǎ Unde: IT – cantitatea de iaurt termostatat, kg; IIN – cantitatea de iaurt însămânţat, kg; P10– pierderile la termostatarea iaurtului, %.

Prerăcirea iaurtului

IT

IPR

P11 Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia IIN = IT + P11 IT = IIN – P11 IT = IIN ∙ (1 – P11/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: IT = 6840,31∙ (1 – 0,1/100) = 6839,31 kg/șarjǎ IT = 6839,31 kg/șarjǎ

(V.11)

Unde: IT – cantitatea de iaurt termostatat, kg; IPR– cantitatea de iaurt prerăcit, kg; P11– pierderile la prerăcirea iaurtului, %.

IPR

Răcirea iaurtului P12

IR

Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: IPR = IR + P12

(V.12)

IR = IPR – P12 IR = IPR ∙ (1 – P12/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: IR = 6839,31∙ (1 – 0,05/100) = 6835,89 kg/șarjǎ IT = 6835,89 kg/șarjǎ Unde: IR – cantitatea de iaurt răcit, kg; IPR – cantitatea de iaurt prerăcit, kg; P12– pierderile la răcirea iaurtului, %.

IR

Depozitarea iaurtului

ID

P13 Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: IR = ID + P13 ID = IR – P13 ID = IR ∙ (1 – P13/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: ID = 6835,89∙ (1 – 0,05/100) = 6834,89 kg/șarjǎ IT = 6834,89 kg/șarjǎ

(V.13)

Unde: IR – cantitatea de iaurt răcit, kg; ID – cantitatea de iaurt depozitat, kg; P13– pierderile la depozitarea iaurtului, %. Ambalarea iaurtului

ID

IA P14

Bilanţul total de materiale se calculează cu ecuaţia: ID = IA + P14

(V.14)

IA = ID – P14 IA = ID ∙ (1 – P14/100) Ȋnlocuind cu valori numerice rezultǎ: IA = 6834,89∙ (1 – 0,5/100) = 6800,71 kg/șarjǎ IA = 6800,71 kg/șarjǎ Unde: IA – cantitatea de iaurt ambalat, kg; ID – cantitatea de iaurt depozitat, kg; P14– pierderile la ambalarea iaurtului, %. Deoarece obținem iaurt degresat ȋn șarje, o datǎ pe sǎptamanǎ, la recepționarea a 7,5 tone lapte, cantitatea de iaurt obţinut anual este: 6800,71 kg/șarjǎ ∙ 52,14 zile/an = 354589,01 kg iaurt/an Consumul specific, litri lapte normalizat la 0,5% grăsime pentru 1 kg iaurt. Csp =

L L'n , în care : L'n  n  IA

C sp 

Ln 6844 ,25  C sp   C sp  0,97 l / kg lapte   Ia 1,028  6800 ,71

ρ – densitatea laptelui normalizat [kg/l].

Tabelul 3. Tabelul de bilanţ pentru obţinerea iaurtului degresat cu 0,5% grăsime. COMPONENT

INTRARI [kg/zi]

IESIRI

PIERDERI %

LRP -cantitatea de lapte

[kg/zi]

7500

0,05

7496,25

LF -cantitatea de lapte filtrat

7496,25

0,05

7492,5

LR -cantitatea de lapte răcit

7492,5

0,05

7488,75

LC -cantitatea de lapte curăţat

7488,75

0,25

7470,02

LN -cantitatea de lapte

7470,02

0,25

6844,25

LO -cantitatea de lapte

6844,25

0,6

6857,94

omogenizat

27,37

6857,94

1,5

6755,03

LRC -cantitatea de lapte răcit

6755,03

0,05

6751,65

IÎN -cantitatea de iaurt

6751,65

0,1

6846,16

însămânţat

101,27

6846,16

0,1

6840,31

IPR -cantitatea de iaurt prerăcit

6840,31

0,05

6839,31

IR -cantitatea de iaurt răcit

6839,31

0,05

6835,89

ID -cantitatea de iaurt

6835,89

0,05

6834,89

6834,89

0,5

6800,71

recepţionat

normalizat

St -cantitatea de stabilizator LP -cantitatea de lapte pasteurizat

C.B -cantitatea de cultură adăugată în laptele răcit IT -cantitatea de iaurt termostatat

depozitat ID -cantitatea de iaurt depozitat TOTAL

7628,64

7628,64

V. 2. BILANŢUL TERMIC a) Preîncălzirea iniţială a laptelui: Precum s-a prezentat ȋn partea de literatura a lucrǎrii, laptele are o temperatura 6– 28o C, iar ca agent termic este folositǎ apa caldă 75 – 65o C. Ecuaţia de bilanţ termic și calculul debitul de apă necesar preîncălzirii iniţiale a laptelui: m LO  C pLO  TLO  m a  C pa  Ta  ma 

0,9975  m LO  C p L  TLO O

C pa  Ta



0,25  m LO  C p L  TLO O 100

0,9975  6857,94  3912,75  28  6  14053,91 kg / sarja apa 4190  75  65

Unde: m LO - cantitatea de lapte omogenizat supusă preîncălzirii iniţiale, [kg];

C pL - căldura specifică a laptelui la temperatura sa medie de 17oC; O

TLo - diferenţa de temperatură a laptelui (22oC), [temperatura finala (280) minus temperatura

initiala (60)]; m a - cantitatea de apă necesară pentru realizarea preîncălzirii iniţiale;

C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 700C, [J/kg*grad]; Ta - diferenţa de temperatură a apei (10oC).

b) Preîncălzirea a-2-a a laptelui: Laptele cu temperatura 28-65oC iar ca agent termic, apa caldă cu temperatura 80 60oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar preîncălzirii a 2-a laptelui: m LO  C pLO  TLO  ma  C pa  Ta  ma 

0,9975  m LO  C pL  TLO O

C pa  Ta



0,25  m LO  C pL  TLO O 100

0,9975  6857,94  3959,45  65  28  11959,11 kg / sarja 4190  80  60

Unde: m LO - cantitatea de lapte omogenizat supusă preîncălzirii a 2-a, [kg];

C pL - căldura specifică a laptelui la temperatura sa medie de 46,5oC; O

TLo - diferenţa de temperatură a laptelui (37oC); m a - cantitatea de apă necesară pentru realizarea preîncălzirii a 2-a;

C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 700C, [J/kg*grad]; Ta - diferenţa de temperatură a apei (20oC).

c) Pasteurizarea laptelui: Laptele cu temperatura 65 – 74oC, iar ca agent termic abur cu presiune 2 ata. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de abur necesar pasteurizării 2 laptelui: 1,5  m LO  C pLO  TLO 100  TLO 0,985  6755,03  4005,35  74  65   108,64 kg / sarjaabur 2207,6  10 3

m LO  C pLO  TLO  mab  r  0,985  m LO  C pLO

mab 

r

Unde: m LO - cantitatea de lapte omogenizat supusă pasteurizării, [kg];

C pL - căldura specifică a laptelui la temperatura sa medie de 69,5oC; O

TLo - diferenţa de temperatură a laptelui (9oC); m ab - cantitatea de abur necesară pentru realizarea pasteurizării;

r - căldura latentă de vaporizare ( r  i "  i '  r  2710  502 ,4  r  2207 ,6 kJ / kg ); i " - entalpia apei sub formă de vapori ( i "  2710 kJ / kg ); i ' - entalpia apei sub formă lichidă ( i '  502 ,4 kJ / kg .

d) Răcirea laptelui înainte de însămânţare. Laptele cu temperatura 74-45oC, iar ca agent termic apă cu temperatura 20 -28oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar răcirii laptelui: m L p  C pL p  TL p  ma  C pa  Ta  ma 

0,9995  m L p  C pL p  TL p

Unde:

C pa  Ta



0,05  m L p  C pL p  TL p 100

0,9995  6751,65  3986,48  74  45  23325,49 kg / sarja apa 4180,8  28  20

mL p - cantitatea de lapte pasteurizat supus răcirii, [kg];

C pL p - căldura specifică a laptelui la temperatura sa medie de 59,5oC; TLp - diferenţa de temperatură a laptelui (29oC); m a - cantitatea de apă necesară pentru realizarea răcirii;

C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 240C, [J/kg*grad]; Ta - diferenţa de temperatură a apei (8oC).

e) Termostatarea iaurtului: Iaurt cu temperatura 42-43oC, iar ca agent termic apă cu temperatura 28 -43oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar termostatării iaurtului: m Li  C pLi  TLiO  m a  C pa  Ta  ma 

0,999  m Li  C p L  TLi i

C pa  Ta



0,1  m Li  C p L  TLi i 100

0,999  6840,31  3954,39  43  42  429,9 kg / sarja apa 4190  43  28

Unde: m Li - cantitatea de iaurt termostatat supusă prerăcirii, [kg];

C pL - căldura specifică a iaurtului la temperatura sa medie de 42,5oC; i

TLi - diferenţa de temperatură a iaurtului (1oC); m a - cantitatea de apă necesară pentru realizarea termostatării;

C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 35,50C, [J/kg*grad]; Ta - diferenţa de temperatură a apei (15oC).

f) Prerăcirea laptelui: Iaurt cu temperatura 43-20oC, iar ca agent termic apă cu temperatura 50 -20oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar prerăcirii iaurtului: m I t  C pI t  TI t  ma  C pa  Ta  ma 

0,9995  m I t  C pI  TI t t

C pa  Ta



0,05  m I t  C pI  TI t t 100

0,9995  6839,31  3939,12  43  20  4940,01 kg / sarjaapa 4179  50  20

Unde: m I t - cantitatea de iaurt supusă prerăcirii, [kg];

C pI - căldura specifică a iaurtului la temperatura sa medie de 31,5oC; t

TIt i - diferenţa de temperatură a iaurtului (23oC); m a - cantitatea de apă necesară pentru realizarea prerăcirii;

C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 350C, [J/kg*grad]; Ta - diferenţa de temperatură a apei (30oC).

g) Răcirea laptelui: Iaurt cu temperatura 20-6oC, iar ca agent termic apă cu temperatura 20 -4oC. Ecuaţia de bilanţ termic şi calculul debitul de apă necesar răcirii iaurtului: 0,05  m Iprt  C pIpr  TIpr 100 0,9995  6835,89  3921,14  20  6   4940,01 kg / sarjaapa 4190,8  20  4

m Ipr  C pIpr  TIpr  ma  C pa  Ta  ma 

0,9995  m Ipr  C pIpr  TIpr C pa  Ta

Unde: m I t - cantitatea de iaurt prerăcit supus răcirii, [kg];

C pI - căldura specifică a iaurtului la temperatura sa medie de 13oC; t

TIt i - diferenţa de temperatură a iaurtului (14oC); m a - cantitatea de apă necesară pentru realizarea răcirii;

C p a - căldura specifică a apei la temperatură sa medie de 120C, [J/kg*grad]; Ta - diferenţa de temperatură a apei (16oC).

V.2. Pasteurizatorul cu plăci

Caracteristici tehnice -

tip Tehnofrig TIPL – 50

-

capacitate

5000l/h

-

puterea instalată

20 kW

-

presiune abur maximă

4 bar

-

temperatură intrare lapte

10oC

-

temperatură de pasteurizare

72 - 76oC

-

temperatură ieşire lapte

4 – 6oC

-

timp de menţinere la pasteurizare

20 – 40 s

-

abur (minim 2 bar )

150 kg/h

-

apă de la reţea

15 m2/h

-

apă răcită la 0…2oC

12 m2/h

-

suprafaţa ocupată

16 m2

-

masa netă

3000 kg

-

tensiune

229/380 V

-

frecvenţă

50 Hz

Dimensionarea pasteurizatorului cu plăci

Diagrama termică pentru circulaţia fluidelor în schimbătorul de căldură este: T, oC 75

65

28

6 A, m2

T1  750  6 0  69 0 C T2  650  280  37 0 C T1 69   1,86  2 T2 37 Tm 

T1  T2 69  37   530 C 2 2

Fluxul termic transmis este: Q flux  0,9975  m Lo  C pL  TL  0,9975  0,0793  3912 ,75  22  6815 ,49 W Calculăm aria: A

Q 6815 ,49   0,60 m 2 k  Tm 200  53

Diagrama termică pentru circulaţia fluidelor în schimbătorul de căldură este: T, oC 80

60 65

28

A, m2 T1  60 0  280  32 0 C T2  80 0  650  15 0 C T1 32   12,13  2 T2 15 T1  T2 32  15   22,4 0 C T 32 ln ln 1 15 T2 Fluxul termic transmis este: Q flux  m Lo  C pL  TL  0,162  4190  20  13630 ,76 W Tm 

Calculăm aria: A

Q 13630 ,76   3,04 m 2 k  Tm 256 ,41  22 ,4